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Un batería de óxido de litio nanoestructurado permite tener esperanzas acerca de conseguir baterías económicas de altas prestaciones para automoción.

Es una pena que no se empezara a investigar antes sobre nuevas tecnologías relacionas con las baterías. Pese a todo, se empiezan a tener resultados prometedores que quizás nos permitan conducir automóviles eléctricos a un precio razonable en un futuro no tan lejano.

Una de estas tecnologías es la de litio-aire. En todas estas baterías el litio se oxida con el oxígeno del aire para producir electricidad. Luego, cuando la batería se carga se libera el oxígeno a la atmósfera y el ciclo comienza de nuevo. Al no llevar todos los compuestos y elementos químicos consigo, la batería pesa mucho menos que las de otros tipos, lo que es una gran ventaja para la automoción.

Sin embargo, las baterías de litio-aire que había hasta ahora pecaban de graves problemas: desperdiciaban parte de la energía introducida en forma de calor y sus componentes se degradaban rápidamente. Además, requerían de un sistema de bombeo de aire y una configuración abierta, a diferencias de las baterías convencionales que van selladas.

Ahora Ju Li, Zhi Zhu y otros miembros del MIT, del Argonne National Laboratory y de la Universidad de Pekín están investigando una nueva modalidad que evita algunos de esos problemas. Acaban de publicar sus últimos resultados al respecto. Esta nueva modalidad usa un cátodo que incorpora un material que han denominado nanolitia.

Una de las razones por la que las baterías de litio-aire tienen bajo rendimiento es la diferencia de voltajes entre el necesario para la carga y el que proporciona. Eso produce una pérdida del 30% de energía eléctrica en forma de calor. Incluso puede provocar el incendio de la batería si la carga es muy rápida.

En esta nueva variante, el ciclo básico es el mismo, pero, en lugar de liberar el oxígeno a la atmósfera durante la carga, no se le permite pasar a forma gaseosa, sino que forma parte de un óxido sólido gracias a los tres estados posibles: Li₂O, Li₂O₂ y LiO₂, óxidos que están mezclados juntos formando un vidrio. Esto reduce la diferencia de voltaje y se produce una pérdida de energía de sólo un 8%, lo que a su vez permite una carga más rápida.

Lo malo es que estos compuestos tienen volúmenes distintos y la batería se contrae y expande, lo que altera el material y destruye los caminos estructurales que permiten conducir la carga eléctrica.

La solución adopta en este caso consiste en sintetiza un material nanoestructurado que contiene tanto estos óxidos de litio (nanolitia) en forma de vidrio (un amorfo, es decir, no cristalino) en una matriz esponjosa de óxido de cobalto (ver ilustración). Este material puede soportar los cambios entre los distintos óxidos de litio sin que se altere el volumen total. La matriz de óxido de cobalto, además de dotar de un andamiaje estructural al sistema en cuyos poros está la nanolitia estabilizada, tiene una función de catalizador en la reacción.

Este cátodo es más ligero que el de otros tipos de baterías de litio, lo que ahorra peso respecto a las baterías de ión de litio convencionales. En concreto, en relación al peso acumulan el doble de carga.

La nueva batería es seca, al no usar agua como disolvente, ni tampoco usa dióxido de carbono. En una batería abierta de este tipo se necesitaría un sistema para eliminar agua y dióxido de carbono del sistema, pero, como en este caso no se necesita un intercambio con la atmósfera, la batería puede estar sellada y, además, se puede prescindir de todo tipo de bombeo y de sistemas de eliminación de humedad o dióxido de carbono.

La batería, además, no puede ser sobrecargada, pues la propia reacción impide que se cargue por encima de cierto punto de forma natural, lo que impide que se produzcan daños estructurales y una plausible explosión. En los ensayos realizados se ha forzado esta situación durante 15 días sin que se produjeran daños de ningún tipo.

En las pruebas de laboratorio la batería perdió un 2% su capacidad una vez aplicados 120 ciclos de carga, lo que permite predecir una vida larga si se efectúan mejoras. Además, los investigadores afirman que es escalable, más barata que las baterías de litio convencionales y creen que con más refinamientos se podrá doblar su capacidad de carga.

Esperan tener un prototipo práctico en un año a partir del que ya tiene de laboratorio, que es de prueba de concepto.

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Fuentes y referencias:
Artículo original
Ilustración: Ju Li, Zhi Zhu, miembros del MIT, del Argonne National Laboratory y de la Universidad de Pekín.